EoC的發展——EPONoC

李遠東，姚 永

1.浙江普陀廣播電視臺，浙江 普陀 316100；2.中廣協會技術工作委員會，北京 100866

0 引言

“三網融合”的大潮大大推進了廣電寬帶接入網的建設，新業務的發展和帶寬競爭大大促進了同軸接入技術的進步。不光是中國，全球都是這樣。

EoC作為同軸接入技術是源于中國的，但多數都是從國外家庭聯網和非同軸介質技術移植過來的。目前已經投入應用的主要是降頻 WiFi，MoCA，Home?Plug AV/BPL，HPNA，還有基帶和窄帶EoC。以上技術對于初期的寬帶接入和互動電視回傳應用都能很好支持，但隨著融合業務的發展和大規模用戶的接入，對帶寬、QoS保障、多業務支持、家庭多終端接入提出了更高的要求，這些技術開始暴露出一些不足。

中國自主創新的HiNoC技術雖研發多年，實驗室驗證也達到了設計目標，但尚未實用。

而北美多業務提供商（Multi System Operator，MSO）盡管多年應用DOCSIS進行多業務運營取得成功，但在電信運營商大力推進FTTH的形勢下也面臨帶寬擴展和成本急劇上升的壓力。

在這樣的形勢下，國內外的有線運營商和供應商都在尋找新突破。下面首先介紹從不同需求出發的幾種同軸接入新技術。

1 ECAN

以太同軸接入網（Ethernet Coax Ac?cess Network，ECAN），又名同軸接入交換技術（CAST），是中國人最早專門針對同軸接入開發的技術，2006年開始研發，2007年開始試驗。物理帶寬30 MHz，35 MHz，40 MHz可選，頻譜位置在5～65 MHz范圍內可移動。采用2VSB～4VSB調制方式（可升級至8VSB～16VSB調制），在40 MHz帶寬下，每端口物理層速率160 Mbit/s，MAC層速率120 Mbit/s，鏈路損耗不小于60 dB。

如圖1所示，它的核心主要體現在把以太網的點對點交換技術和EPON的點對多點結合在一起，比普通局域網更適合一個端口（相當于其他EoC技術的局端）接入多個家庭內部終端。采用了EPON的MAC及其關鍵技術，包括多點控制協議（MPCP）、動態帶寬分配（DBA）、單拷貝廣播（SCB）組播等。由DSLAM主控芯片控制多信道（端口），因此具備了局端高性能和電信級的管理以及QoS保障。多通道MAC層集中處理，增加端口只需增加物理通道，實現了高性能與低成本的完美結合。由于采用了硬件處理技術，小包（64 byte）跟大包（1 518 byte）速率完全一致（如圖2所示），這是目前其他EoC達不到的。

終端完全硬件處理，無需CPU，功能由局端控制，成本低廉，并有利于大規模生產。

可平滑升級，漸進式發展。初期1棟樓1個或少量幾個同軸交換機端口（ECAN），逐步過渡到1個單元1個端口、1戶1個端口（CAST），兼顧帶寬需求和分期投資。升級的只是局端端口數和接入終端數，終端（CNU）不用改變。

ECAN的最大優勢是同時兼顧了家庭聯網和接入網的不同需求，可以在接入網中虛擬若干家庭網，相當于將家庭網關移到樓頭。

已經改造成集中分配的地區比較適合采用這種技術。原來采用五類線接入的地區也比較適合采用這種技術，因為有相同的技術體制，而又解決了“EPON+LAN模式”不易解決的室內布線、多業務、多終端接入問題。

沒有改造的樹狀網絡也可以采用ECAN技術，其小包處理、時延、抖動、組播支持、DBA、QoS、可控可管、單位帶寬成本、接入終端數量等方面也比現有EoC技術有明顯優勢。

根據如圖2、圖3所示的試驗網與規劃院的實測數據，ECAN達到了設計目標，1∶64情況下，速率基本不下降，大包小包的上下行MAC層速率基本恒定。

ECAN目前的主要不足在于PHY技術不夠先進，VSB調制方式在抗反射、抗窄帶干擾等方面均弱于OFDM。針對這一薄弱環節，ECAN主要采取以下措施：

1）躲避干擾嚴重的頻段，頻譜可在一定范圍內配置。

2）降低調制率，目前的調制指數不大于 4 bit·s－1·Hz－1，降低了信噪比要求，但同時降低了頻譜效率。

3）采用帶內干擾抵消技術。

4）從整體架構上減少接入用戶數，降低噪聲匯聚，彌補頻譜效率低的缺陷，但同時增加了工程難度。

上述措施都是產品性能與成本的折中，后期也準備采用OFDM調制技術?？傮w上，ECAN技術是目前性價比最高的方案。

2 DECO

DECO 是基于 EPON－MAC和 Cod?ed－OFDM的數據傳輸技術，由景略半導體（上海）公司為中國廣電寬帶接入網所開發。這種技術把EPON的MAC和G.9960的PHY結合在一起，具備如下特點：1）占用 5～80 MHz頻段，物理帶寬20～60 MHz可選，頻譜位置在5～80 MHz范圍內可選；2）動態范圍不小于70 dB；3）采用OFDM調制，512/1 024個子載波，QPSK，16QAM，64QAM，256QAM自適應；4）采用先進的LDPC糾錯編碼技術；5）采用了專利的帶外管理技術。在60 MHz帶寬下，每端口物理層速率不小于300 Mbit/s（256QAM），MAC層速率不小于250 Mbit/s，TCP/IP速率不小于180 Mbit/s，支持DBA，MAC層時延2～10 ms可配置（時延降低會犧牲一些帶寬）。

如圖4所示，DECO技術采用單芯片，CPU、存儲器均內置，減少了外圍器件，提高了可靠性，降低了設備成本。目前已完成工程流片，下一步還將簡化終端芯片以降低成本。

這種芯片設計思想比較先進，PHY與MAC均采用了當前領先的技術，因此性能較好，如果成本控制合理，市場推廣得力，會有較好前景。

3 DOCSIS EoC

圖5是這種技術的總體架構[1]。這是博通公司專門針對中國市場開發的技術。這種技術提供了DOCSIS 3.0的成熟標準、QoS性能、EPON+EoC接入的統一管理，而又通過簡化DOCSIS降低成本：1）把包括3層轉發和路由匯聚功能的3層設備CMTS簡化為2層橋接設備CMC；2）MAC層取消PHS有效負荷報頭抑制和上行邏輯信道劃分；3）加密采用比較簡單的DES而非AES；4）PHY層下行多信道集中IPQAM調制；5）上行調制采用單一S－CDMA方式（DOCSIS還有A－TD?MA方式）多信道捆綁調制。

目前可以達到下行16個頻道捆綁，800 Mbit/s吞吐量（256QAM調制，每8 MHz有50 Mbit/s吞吐量）；上行4個頻道捆綁，160 Mbit/s吞吐量（S－CDMA調制，每6 MHz有40 Mbit/s吞吐量）。圖6[1]清楚地體現了這種技術的核心在于同軸介質轉換器（CMC），它提供了包括網絡管理、QoS在內的PHY層轉換和MAC層橋接，實際上是集成了ONU和EoC局端以及它們之間轉換的橋。這種技術比現有的EoC有更成熟的標準體系，比現有的EPON+EoC系統有更好的端到端管理，同時比現有的DOCSIS體系有更低的成本，還能兼容DOCSIS2.0和DOCSIS3.0的Cable Modem。但相對于EPON+EoC，它不夠開放，被特定的ONU綁定（目前正在解決，但解決了這個問題對端到端性能和統一管理又會產生不利影響）；相對于DOCSIS增加了轉換層次，把單一的DOCSIS分成了PON和DOCSIS兩段；最有爭議的是，把DOCSIS重要的路由匯聚功能改由系統提供商在OLT側集成。另外，在現有頻譜規劃條件下，和原DOC?SIS體系一樣無法解決上行帶寬的短板。

2010年8 月完成了FPGA工程樣機，預計2011年下半年可以流片。

Cisco，Motorola和Arris到目前為止都不支持這一方案，還在觀望。當然，這也許和他們不愿放棄CMTS的高額利潤和對CMTS的壟斷有關。

國內主要是中興和數碼視訊在開發相關產品，并稱之為C－DOCSIS或C－CMTS、Mini CMTS。還有一些機頂盒廠商在關注這項技術。國內先前大規模部署了DOCSIS的運營商十分重視這項技術，比如北京歌華、深圳天威都與廠商緊密配合，準備進行試驗與部署。預計DOCSIS EoC將在我國已經部署了DOC?SIS的地方得到支持和應用，但主要是局端。至于終端，估計在一段時期內將會以DOCSIS 2.0為主（因為DOCSIS的主要弱點是局端單位帶寬成本太高，而DOC?SIS 3.0的終端價位目前還比較高）。

4 EPOC

EPOC（Ethernet Passive Optical Net?work over Coaxial）是博通公司的專利技術。由圖7可見，EPOC是個完整的EP?ON架構，但在光分路之后的部分支路直接轉換成了同軸介質，可以看成把一個ONU轉換成了若干CNU，MAC層完全保留EPON協議。對于用戶而言，CNU的體驗跟ONU的體驗基本一樣，感覺不到差異（時延會有微小差異）。而對于運營商來說，不需要重新敷設光纜到用戶家中，而且由于同軸電纜部分采用頻分雙工，可以雙向放大，分路數可以增加。這對10GEPON系統降低入戶成本（增加接入用戶數）很有價值，對入戶以后的多終端接入也很有意義。

由圖8可見，EPOC的核心也叫CMC，跟DOCSIS EoC不同的是，它只進行物理層轉換。其中主要是線路編碼轉換和射頻調制解調。EPOC采用下行1.0～1.1 GHz及上行1.1～1.2 GHz作為全雙工頻段（可選）。子帶分集復用（Sub－band Division Multiplexing，SDM）、小波正交頻分復用（Wavelet Orthogonal Frequency Division Multiplexing，WOFDM）或離散小波多音（Discrete Wavelet MultiTone，DW?MT）這3種調制方式可選。

其物理層轉換采用了一些關鍵技術，這集中體現在SDM中。SDM是美國一家叫做Broadband Physics的公司2003年創新的一種調制技術（2004年申請專利）。據介紹，調制效率可以接近香農限[3]，頻譜效率可以達到 20 bit·s－1·Hz－1[4]。其核心在于提高線路編碼效率（8B/10B轉為64B/66B），并增加了數據內、外層FEC，以提高同軸物理層的抗干擾能力，從而提高調制率；同時把高速碼流切分成低速子帶進行變換。

EPOC是完整保留了EPON協議的系統，但同樣可以延續DOCSIS體系——其OLT可以嵌入DOCSIS適配層（DOC?SIS?Mediation Layer，DML），因此筆者把它理解為可以通過DOCSIS體系原有的OSS及OAM系統管理、支撐的EPON，即通過嵌入DML實現ONU、CMC、CNU統一管理。使EPOC適應各種HFC應用場景，包括DOCSIS體系和非DOCSIS體系。

這種技術既可以使FTTH方式應用于分散的別墅區，又可在密集居住區以同軸電纜接入多住戶。究竟可以接入多少CNU？專利文獻沒有說明。EPON并沒有明確規定每個PON口的ONU接入數量，實際上GEPON接入64個、甚至128個ONU也不是不可以的，關鍵是OLT支持的LLID數目（Broadcom的EP?ON支持多LLID）和光功率預算是否足夠。在光功率預算不夠時，還可以通過增強FEC（犧牲帶寬）來滿足條件。而在密集居住區同軸電纜功率預算不是問題：在最后100 m條件下，1 GHz的SY?WV 75－5同軸電纜衰減也就24 dB左右；專利還允許雙向放大[2]。關鍵是SDM的成本，特別是終端成本。如果成本低，那就適合包括中國在內的所有有線運營商。這是一個最簡單、最直接、真正端到端的HFC上的EPON解決方案。如果成本高，那就還不能實用。SDM就是在當前技術水平條件下降低CMC成本的一種調制技術：其單位帶寬成本僅為QAM調制的1/5～1/6[5]。

對于10GEPON，EPOC有兩個問題需要解決：第一，10GEPON線路編碼本來就是64B/66B，專利中的轉碼（8B/10B與64B/66B互轉）不適用；第二，如何解決10 Gbit/s級別的RF調制是極大的挑戰。再者，目前同軸電纜的線路頻譜只規劃到1 GHz，也不可能全部用于雙向接入。筆者認為，目前只能在需要將光纖轉換為同軸的光支路采用GEPON與10GEPON級聯——先用10GEPON的ONU終結10GEPON，并下連若干GEPON的OLT，然后仍然采用1 Gbit/s級別的EPOC。但這樣一來，就又把整個接入鏈路分成了兩段——10GEPON+GEPON，失去了EPOC端到端的優勢。所以，只有到10 Gbit/s級別的調制技術成熟，并且同軸頻譜擴展到2 GHz以上，10 Gbit/s級別的EPOC才能實現，才會有實用價值。

EPOC有非常好的設計思路，目前尚在研發階段，值得密切關注。

5 DPoE

DPoE全稱為DOCSIS Provisioning of EPON。DPoETM1.0是美國MSO為多業務支持（HSD，VoIP，視頻通信，移動回程）、大帶寬需求提出的標準，既利用EP?ON的高帶寬，又保持原有DOCSIS體系。是美國時代華納、康卡斯特等MSO聯合CableLabs共同制訂的規范。

2011年2 月，CableLabs發布1.0規范，還準備于年內11月份發布2.0規范。其本質是一個按DOCSIS配置的EP?ON系統。MSO可以采取這種體系實現光纖到戶，而又保留原有的運營體制。規范重點在于繼承和發展DOCSIS/OSS支撐的多業務應用。DPoE的參考架構如圖9所示。中興和華為都參與了DPoE的規范起草和互通性測試。

6 DePON

DePON是DPoE規范之前盛立亞面向北美MSO推出的采用DOCSIS OSS系統的EPON。可實現EPON和DOCSIS的統一管理、統一運營。DePON已經通過第一次DPoE互通性測試[7]。

如圖10所示，DePON的核心是“DOCSIS管理服務器”，它由D－Switch及D－Server組成。實現了DOCSIS系統中的DHCP認證、TOD定時、TFTP配置文件、SNMP和EPON系統的“業務配置信息”與“配置信息”相互轉換。據稱，目前已開發出10 Gbit/s級別的產品。

以上兩種技術目前還沒有進入中國。

7 幾點思考

最后，想談談筆者的幾點思考：

1）國外（主要是北美）MSO和中國有線運營商一樣面臨諸多新技術的選擇，但他們首先關注的是統一的運營系統，也就是上層的互通和延續，準確說是如何實現DOCSIS over EPON，而我們目前關注的是下層的互通，是如何實現EP?ON over Coax。其實下層從技術角度并不一定要互通，互通只是為了降低建設和維護成本、不被供應商控制、打破壟斷。我們也應該更多關注上層互通，排除規模運營的障礙。

國外在技術層面的共同關注點是FTTH在有線網的應用。因此可以看到各式各樣的PON，如Node PON，cable PON，Hybrid RF PON，RFoG，DPON，EP?OC，DePON和DPoE等，這說明國外更注重高帶寬和多業務。而中國主要關注的是同軸接入，且這一方面和發展階段不同有關，也和國內外的政策環境以及歷史條件不同有關。國外的經驗值得借鑒，在三網融合形勢下，我們應該更多關注高帶寬和多業務。

不過中國和美國的網絡環境不同，中國居住密集，最后100 m同軸大有潛力可挖。中國基本沒有歷史積淀也沒有歷史包袱。上述兩點是我們沒有必要照搬美國模式的根本原因，也是我們超越美國的機會，即直接采用創新技術。同軸是唯一可以替代光纖實現同等帶寬入戶的介質，我們應該抓緊在最后100 m同軸接入上的自主創新。

2）一旦選擇了一項技術就不要猶豫，不要輕易改變。技術總是不斷進步的，只要運營商和廠商緊密配合，問題總是可以得到解決的。但同時也要不斷跟蹤技術發展，在繼承原有運營體系的基礎上，不斷吸納新技術。在這方面，美國MSO是我們的榜樣。

3）文中介紹的技術都是把EPON應用于廣電接入網。ECAN，DECO和DOC?SIS EoC是專為中國開發的同軸接入技術，都是典型的EPON+EoC應用架構，但跟目前的EoC技術相比，加強了EoC跟EPON融合。這幾種技術融合的方式不同：DOCSIS EoC是通過CMC把EPON的MAC（包括QoS，VLAN，OSS等）以及PHY轉換和映射到DOCSIS EoC；ECAN和DECO在同軸接入部分基本采用EPON的MAC和關鍵技術，把PHY從光轉換為同軸RF。二者的不同在于前者重點推廣點對點的應用，后者重點適應點對多點應用；前者采用VSB調制技術，后者采用OFDM調制技術；前者局端和終端是不對稱架構，后者局端和終端架構基本一致。

EPOC是個很好的概念，它直接在物理層進行變換，把EPON移植到同軸電纜。但目前還在研發階段，尚無ASIC芯片。

北美運營商主要解決EPON與原有的DOCSIS運營支撐系統繼承統一的問題，DPoE和DePON就是典型代表。雖與同軸無關，但均表明了EPON將成為全球有線電視運營商的主流發展技術。

綜上所述，EoC的發展有一個明顯的趨勢——EPONoC。

4）EoC用于同軸接入是源于中國的，EPON over Coax和EPON的MAC+OFDM的思路也是中國人最早提出的，可是現在多數專利卻被外國搶注了，這不能不引起我們高度重視，特別是有關政府部門應當關注。前車之覆，后車之鑒，希望不要讓VCD、DVD中國開花，外國結果的歷史重演。

由于資料和學識有限，錯漏之處難免，歡迎批評指正。

致謝：本文在寫作過程中得到長光科技胡保民博士的幫助。文內有關資料由北京廣信融科技術有限責任公司、蘇州云普通信技術有限責任公司和美國高通公司、博通公司、景略半導體（上海）公司提供。

[1]BAHM E，BOYD E.在中國部署面向EPON的DOCSIS EoC解決方案[C]//Proc.2010國際傳輸與覆蓋研討會論文集.杭州：中國廣播電視協會技術工作委員會，2010：1－13.

[2] Broadcom Corparation.Ethernet passive optical network over coaxial（EPOC）：US，WO2011/031831A1[P/OL].2011－3－17[2011－5－02].http：//www.wipo.int/pctdb/en/wo.jsp?WO=2011031831＆IA=US2010048 232＆DISPLAY=STATUS.

[3]MARK L.Moving toward shannon’s limit：sub－band division multiplexing could help MSOs pump existing cable[EB/OL].[2011－5－16].http：//www.highbeam.com/doc/1G1－107756666.html.

[4] CT’S Pipeline.Pipeline profile:mark laubach[EB/OL].[2011－5－16].www.cable360.net/ct/news/people/profile－ Profile－Mark－Laubach_17654.html.

[5] BAUMGARTNER J.Broadband physics says new modulation scheme widens downstream pipes[EB/OL].[2011－5－16].http：//www.cedmagazine.com/broadband－physics－saysnew－modulation.aspx.

[6] CableLabs.DPoETM architechture specification[EB/OL].[2011－4－10].http：//www.cablelabs.com/specifications/DPoE－SPARCHv1.0－I01－110225.pdf.

[7] Hitachi.Hitachi participates in CableLabs?interop of DPoETM vision 1.0[EB/OL].[2011－5－16].http：//www.cedmagazine.com/brodband－physics－says－new－modulation.aspx.

[8]CONNOR M O，BRONSTEIN V.DOCSIS?network management architechture for Ethernet PON networks[EB/OL].[2011－5－16].http：//www.ethernetacademy.net/index.php/carrier－ethernet－industry－news/contributed－articles/DOCSIS%C2%AE－Network－Management－Architecture－for－Ethernet－PON－Networks.html.